烧结助剂对反应烧结氮化硅陶瓷的影响

以Si粉和C粉为主要原料 ,在氮气流量为1.2L·min- 1,氮化温度为 1380℃ ,保温时间为 2 0h的条件下 ,研究了分别以 10wt%的MgO、Al、Al2 O3和Al2 O3+Y2 O3粉为烧结助剂对反应烧结氮化硅陶瓷的影响。结果表明 :以MgO粉作烧结助剂时 ,试样的主要成分是MgSiO3,另外还有Si2 N2 O ,但没有Si3N4 生成 ;以Al粉作烧结助剂时 ,试样的主要成分是SiO2 ,仅有少量Si3N4 存在 ;以Al2 O3作烧结助剂时 ,试样的主要成分是β Si3N4 和α Si3N4 ;以 2wt%Al2 O3+8wt%Y2 O3作烧结助剂时 ,试样的主要成分为 β Si3N4 ,同时含有少量α Si3N4 。     

不同助烧结剂及造孔剂对SiC多孔陶瓷的影响

采用真空烧结方法制备了SiC多孔陶瓷，研究了不同助烧结剂Al2O3-Y2O3、Si以及不同造孔剂丙烯酰胺聚合物、羧甲基纤维素（CMC）对SiC多孔陶瓷形貌和气孔率的影响。结果表明：与Si相比较，Al2O3-Y2O3更有利于促进SiC的烧结；以Al2O3-Y2O3为助烧结剂的试样比以Si为助烧结剂的试样具有较高的气孔率。     

常压烧结制备多孔氮化硅陶瓷研究

选用Al2O3、Y2O3、Lu2O3三种氧化物作为烧结助剂,采用凝胶注模成型和气氛保护常压烧结工艺,成功制备了具有高强度和高气孔率的多孔氮化硅陶瓷材料.本文研究了三种烧结助剂对多孔氮化硅的力学性能、介电性能和微观结构的影响,以及对氮化硅陶瓷的烧结促进作用,结果表明Y2O3具有最佳的烧结活性促进作用,其微观结构表明β-Si3N4棒状晶粒搭接结构是使多孔氮化硅陶瓷材料具有较好力学性能的重要原因.     

国内工业陶瓷文献题录及文摘(二十六)

200567 放电等离子烧结Si3N4／Al2O3纳米复相陶瓷的增韧机理；200568 复合添加剂对纳米氧化铝陶瓷致密化的影响；200569 硅粉粒径对反应烧结多孔氮化硅陶瓷介电性能的影响；200570 添加Y2O3-Al2O3烧结助剂的氮化硅陶瓷的超高压烧结；200571 Al2O3陶瓷高温釉氢烧失光原因的研究……     

烧结助剂含量对多孔Si3N4/BN复合陶瓷力学性能和介电性能的影响

以Si3N4和BN为原料,叔丁醇为溶剂,SiO2、Y2O3和Al2O3为烧结助剂,采用凝胶注模成型工艺制备具有高强度、低介电常数多孔Si3N4/BN复合陶瓷。研究了Y2O3和Al2O3含量对多孔陶瓷气孔率、孔径分布、物相组成、显微结构、抗弯强度和介电常数的影响。结果表明:通过调节Y2O3和Al2O3含量,多孔Si3N4/BN复合陶瓷的气孔率由55%增加到68%,气孔尺寸呈单峰分布,平均孔径为0.89～1.02μm;抗弯强度和相对介电常数随Y2O3和Al2O3含量的增加而单调增大,抗弯强度和相对介电常数的变化范围分别为29.9～60.9 MPa和2.30～2.85;通过调节Y2O3和Al2O3含量调控气孔率,能够获得介电性能和力学性能可调的高性能透波材料。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

反应烧结制备多孔β-sialon/Si_3N_4陶瓷

以Si粉和Al2O3空心球为原料,采用反应烧结后高温烧结法制备了多孔β-sialon/Si3N4陶瓷。X射线衍射结果表明:在0.25MPa的氮气压力下于1300℃反应烧结2h后在0.25MPa的氮气压力下1700℃及1750℃高温烧结2h,制备的样品的组成为β-sialon(Si6-zAlzOzN8-z,z=3)及β-Si3N4,随着烧结温度由1700℃升高至1750℃,β-sialon的相对质量分数由29.9%增加至56.8%。场发射扫描电镜观察结果表明:1750℃高温烧结样品的显微结构由大孔β-sialon及疏松的β-Si3N4基体组成。1750℃高温烧结后,样品的气孔率为28%,抗弯强度为92.5MPa。     

多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷及其性能

采用近净尺寸成型制备工艺–氧化烧结结合溶胶浸渍再烧结法,制备了多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷。讨论了制备工艺对材料的成分、微结构和性能的影响规律。研究表明：随着硅溶胶浸渍量的增加,材料的抗弯强度、硬度、断裂韧性、密度和介电常数均增大。分别采用压痕法和单边切口梁法对材料的断裂韧性进行了测定和比较。结果表明：采用压痕法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理有裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接以及孔的钝化。采用单边切口梁法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理只有裂纹偏转。     

氧化物多孔陶瓷研究新进展

主要从原料、添加剂的选择,以及烧结温度、保温时间与制品性能(气孔率、体积密度、抗压强度、抗弯强度等)的相关性等方面,介绍了常见单相氧化物(Al2O3、Si O2、Zr O2、Al6Si2O13、Mg2A14Si5O18、Mg2Si O4)多孔陶瓷及Al2O3基和Al6Si2O13(莫来石)基复合多孔陶瓷的最新研究现状,并介绍了其基本性质和用途,同时指出了氧化物多孔陶瓷制备过程中存在的问题,并展望了未来发展趋势。     

稀土Sm2O3对多孔Si2N2O陶瓷显微结构和性能的影响EI北大核心CSCD

以Si3N4与Si O2为初始原料、Sm2O3为烧结助剂,通过无压烧结制备了气孔率不同的多孔Si2N2O陶瓷。研究了烧结温度、助剂含量对烧结后的产物的影响;测试了多孔Si2N2O陶瓷的力学性能、介电性能和抗氧化性能。结果表明：烧结温度过高或助剂含量过高都会导致Si2N2O相的分解;助剂含量对Si2N2O陶瓷微观组织产生明显的影响,随着助剂含量的增多,其显微结构由细小层片状过渡到板状晶粒再到短纤维搭接的板状晶粒结构,所制备的Si2N2O陶瓷比Si3N4陶瓷具有更优异的性能,抗弯强度为220 MPa,介电常数ε为4.1,介电损耗tanδ〈0.005。1 400℃氧化10 h,Si2N2O与Si3N4的质量增量分别为0.6%与2.1%。     

纳米介电陶瓷的晶粒尺寸效应及低温烧结技术

微电子技术对纳米陶瓷材料的需求催生了各种新型纳米陶瓷材料制备与烧结技术的开发与研究。结合纳米晶介电陶瓷的晶粒尺寸效应（即晶粒尺寸与陶瓷介电特性、烧结特性之间的依赖关系）,系统介绍了制备纳米晶介电陶瓷材料的低温烧结技术,包括液相烧结、两步烧结、水热压烧结和放电等离子体烧结,重点阐述了各种低温烧结技术的基本原理、使用设备、实验参数,比较了其优、缺点和应用领域,综述了近年来国内外相关领域的研究进展,并对这些技术目前存在的问题和今后的研究方向进行了分析和展望。     

Rapid microwave sintering of centimetric zirconia: Scalability and electromagnetic-thermal-fluid-dynamic simulation

Microwave sintering is a method presenting the following advantages for flash sintering: contactless/volumetric heating, and the possibility to control the heating cycle of the microwave power. In this study, the transition from a typical 100 K/min to an ultra-rapid heating rate of 500 K/min is studied. The heating homogeneity of the typical hybrid configuration using silicon carbide susceptors is tested up to the stability limit of the system. We show that zirconia specimens as thick as 10 mm can be heated and sintered up to 500 K/min heating rate at which thermal cracks appear. However, the centimetric size of the specimens seems to favor coarsening implying an important remaining porosity in the end. A comprehensive simulation including microwave heating and convection has allowed the determination of the heating regime transition during the flash process and the quantification of each specimen's cooling fluxes.     

纯B4C和掺碳B4C的烧结机制

研究了中位粒径为0．42μm的纯B4C和掺碳B4C的烧结致密化过程。根据烧结温度和保温时间对线收缩率的影响。得出了它们的烧结动力学方程;由特征指数n值对比研究了它们的烧结致密机制。纯B4C的烧结致密机制为体扩散和晶界扩散,而掺碳B4C的烧结机制主要为晶界扩散,因此,掺碳对B4C起到了活化烧结的作用,在2160℃烧结45min,掺碳B4C烧结后相对密度大于90％,掺入的碳除了固溶于B4C晶格中之外,其它均以游离石墨形式存在,不形成新相。掺碳还导致B4C晶粒尺寸大大减小。     

纳米TiO2陶瓷无压烧结的主烧结曲线

采用纳米金红石相TiO2粉末在空气中进行烧结,用热膨胀仪记录恒定加热速率条件下的烧结过程,测量了烧结体密度,根据烧结3个阶段的全期烧结模型(combined-stage sintering model),建立TiO2主烧结曲线(master sintering curve).纳米TiO2主烧结曲线对烧结路径不敏感,烧结体的相对密度仅是时间和温度的函数,利用主烧结曲线得到的相对密度和Archimedes法实测的密度吻合,证明了主烧结曲线的有效性;根据纳米金红石的主烧结曲线,得到其在空气中的烧结激活能为105 kJ/mol;可以预测烧结收缩量和最终相对密度,准确描述烧结全程的烧结行为.     

液相烧结氧化铝陶瓷及其烧结动力学分析

研究了CuO TiO2复相添加剂对Al2O3陶瓷烧结性能、显微结构的影响以及添加剂形成液相时Al2O3陶瓷的烧结动力学.结果显示:添加剂的加入明显地促进了Al2O3陶瓷的烧结致密度.添加剂含量对致密有明显影响,含量越高,烧结速率越快.当添加剂(CuO TiO2)为2%(质量分数),CuO/TiO2质量比为1/2时,Al2O3样品致密度最高.添加剂的存在使Al2O3晶粒发生较快生长,晶粒形貌为等轴状.通过等温烧结动力学,确定掺杂Al2O3陶瓷烧结激活能为25.2kJ/mol,表明可能是氧离子和铝离子在液相中的扩散作用控制了烧结过程.     

先进陶瓷材料快速烧结技术发展现状及趋势

快速烧结技术在节省时间和能源方面的巨大优势使其成为一直以来的研究热点。近几十年来,快速烧结技术(如火花等离子烧结、闪电烧结、选区激光烧结、感应烧结、微波烧结和传统烧结装置中的快速烧结等)的发展,使陶瓷材料的快速烧结成为可能。本文综述了近20年来先进陶瓷领域中的快速烧结技术和烧结机理,并对火花等离子烧结中直流脉冲电流和机械压力对微观结构、材料性能和烧结机理的影响进行了深入分析和总结。同时指出,快速烧结技术今后的发展一方面是对烧结机理的进一步研究并应用到先进陶瓷材料的制备中,另一方面是解决快速烧结技术工业化生产中大尺寸、大批量生产的难题。     

微波烧结ZTA陶瓷的影响因素

通过改进混合加热模式,实现了ZTA陶瓷微波烧结。材料的类型及配比直接影响微波烧结的升温速率;输入功率的提高有助于提高烧结速率;辅助加热体的老化现象降低微波烧结速率;微波烧结过程中应避免出现热剧变现象。     

Flash sintering of ceramics

Flash sintering is a novel densification technology for ceramics, which allows a dramatic reduction of processing time and temperature. It represents a promising sintering route to reduce economic, energetic and environmental costs associated to firing. Moreover, it allows to develop peculiar and out-of-equilibrium microstructures.The flash process is complex and unusual, including different simultaneous physical and chemical phenomena and their understanding, explanation and implementation require an interdisciplinary approach from physics, to chemistry and engineering. In spite of the intensive work of several researchers, there is still a wide debate as for the predominant mechanisms responsible for flash sintering process.In the present review, the most significant and appealing mechanisms proposed for explaining the “flash” event are analyzed and discussed, with the aim to point out the level of knowledge reached so far and identify, at least, possible shared theories useful to propose future scientific activities and potential technological implementations.     

Thermodynamical evaluation,microstructural characterization and mechanical properties of B4C–TiB2 nanocomposite produced by in-situ reaction of Nano-TiO2

This work discusses the pressureless sintering of a boron carbide-titanium diboride (B₄C– TiB₂) nanocomposite via in-situ reaction of the boron carbide/titanium dioxide/carbon system. Attempting to sinter pure boron carbide leads to poor mechanical properties. In this work, the effect of adding TiO₂ to B₄C on mechanical properties of the boron carbide was investigated. Thermodynamic simulations were performed with HSC chemistry software to determine the phases which were most likely to form during the sintering process. The reaction thermodynamics suggested that during the sintering process, formation of TiB₂ occurs preferentially over formation of TiC. For examination of the microstructural evolution of the samples, Scanning Electron Microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were utilized. The density, porosity, Young's modulus, microhardness and fracture toughness of the specimens were compared. Optimum properties were achieved by adding 10 wt% TiO₂. In the sample possessing 10 wt% TiO₂, the relative density, Young's modulus, hardness and fracture toughness were 94.26%, 428 GPa, 23.04 GPa and 5.19 MPa m^0.5, respectively, and the porosity was decreased to 5.73%. Furthermore, phase analysis via XRD confirmed that the final product was free of unreacted TiO₂ or carbon.     

脉冲电流烧结的现状与展望

脉冲电流烧结(Pulse Electric Current Sintering，PECS)技术是近十年发展起来的一种新型特殊的快速烧结技术。它具有升温速度快、烧结时间短、有利于控制烧结体的细微结构等特点。近几年来在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性，得到了材科学界和产业界的瞩目。本文介绍了脉冲电流烧结的特征和研究现状，并展望了在今后新材料开发中的应用前景。